[发明专利]一种脱落酸快速诱导启动子及其应用

说明书

本发明属于基因工程技术领域，具体公开了一个受脱落酸（ABA）快速诱导的水稻启动子pOsAPM1。该启动子包含OsAPM1基因起始密码子前2152个碱基的序列，具体为SEQ ID NO.1所示。该启动子可用于驱动外源基因在气孔及维管组织中特异性表达；还可以用于构建报告系统来指示体内ABA激素水平和分布状况。该启动子在科研和农业生产上均具有重要的应用价值，为水稻或其他粮食作物应对非生物胁迫如干旱、高盐等的基因工程育种提供了定向表达基因的工具，同时也可用于科研上指示体内ABA水平。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一个水稻OsAPM1基因启动子及其应用，包括该水稻OsAPM1基因启动子的克隆和活性分析，以及在植物转基因工程技术和植物非生物胁迫以及ABA激素研究领域的应用。

背景技术

水稻是我国乃至全球最重要的粮食作物之一，在我国水稻的种植面积约占粮食作物面积的30%，产量接近粮食总产量的一半，而且我国人口2/3以上以水稻为主粮。转基因技术是未来改造粮食作物抗逆性、增加粮食作物产量的关键技术，对此，我国政府给予了大力的支持，在2008年，我国启动了转基因生物新品种培育科技重大专项；2009年，国家将农作物育种列入国家战略性新兴产业规划，因此基因工程技术必将在我国得到较大的发展。启动子是调控基因表达水平的重要调控序列，在利用转基因技术改良和培育水稻新品种中发挥不可或缺的作用。在干旱、高盐等胁迫状态下，通过启动子驱动一些加快气孔关闭、增强根系活力的基因表达，可以改善逆境下水稻的生长状态，对于提高水稻的成活率以及改善逆境下的作物产量具有非常重要和直接的意义。实现这项技术的前提是发掘一批在逆境胁迫下具有特异活性的调控元件，也就是说寻找那些表达特征具有组织特异性的启动子，以此作为转基因工程载体构建的调控元件。研究发现，基因表达的时空特异性对植物的生长发育具有重要的影响，如果耐逆相关基因在正常生长条件下组成性表达，势必会影响植物的生长状况，比如会导致植物生长缓慢、发育迟缓等，因此，研究和探索时空特异性、胁迫诱导特异性的启动子非常重要。胁迫诱导型启动子，仅驱动目的基因在特定的胁迫诱导下在特定的组织中高表达，在基因工程技术中具有广阔的应用前景。

植物与动物不一样，由于其定殖性，不能通过移动来逃避不利环境，因此在自然界长期的选择压力下它们获得了较强的耐受环境胁迫的能力。当胁迫刺激植物时，植物体内会接收、传递这些胁迫信号，诱发出多种响应机制，达到应对胁迫的目的。目前已经有大量的研究表明脱落酸（Abscisic acid, ABA）是一种重要的非生物胁迫激素，在植物应对外界干旱、高盐、低温等非生物胁迫时作为信号分子，诱发一系列生理、生化、发育水平的变化，以利于植物适应这些不利环境。有研究表明，在植物遭受干旱、高盐等胁迫时，植物体内的ABA浓度会上升，ABA与细胞膜上的受体PYR\PYL\RCARs结合，在PP2Cs类蛋白磷酸酶以及SnRK2类蛋白激酶的作用下，通过调控下游相关基因的表达，从而调控气孔开度、增加根系活力等，从而实现抵御干旱、高盐等非生物胁迫，减少胁迫对植物生长、发育等的影响。因此，探索更多ABA特异诱导的诱导型启动子，应用这些启动子驱动目的基因特异地在干旱、高盐等逆境下高表达，对于利用转基因技术改良和培育农作物新品种、提高逆境条件下作物成活率以及产量具有非常重要的意义。

ABA激素对于植物正常发育过程以及抗非生物胁迫都非常重要，但是关于ABA水平的测定，目前还比较困难，通常研究人员通过高灵敏度的高压液相色谱相关技术或者利用ABA抗体进行ELISA分析来进行测定，但这两种技术均较为复杂，前者需要有昂贵的设备及配备分析领域的专业人员；后者则干扰因素较多。生长素的测定同样复杂，但关于生长素的研究，目前较为广泛的是使用报告载体。DR5启动子是一个生长素响应的启动子，DR5::GUS载体通过转基因到植物体内后，通过GUS染色就可得知体内生长素的分布和相对水平。相比于生长素，关于ABA目前还没有广泛使用的类似于DR5::GUS的报告载体，构建一个可用于指示体内ABA水平的报告载体非常必要。